JP2023531999A - 船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置及び同装置を備えた船舶 - Google Patents

船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置及び同装置を備えた船舶 Download PDF

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Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering Co Ltd
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Abstract

船舶エンジン１０の各シリンダから排気される排気ガスを一時貯蔵して脈動を除去する排気ガスレシーバ１１０と、排気ガスレシーバ１１０から供給される排気ガスによって燃焼空気を圧縮して供給する過給機１２０と、過給機１２０を通過して供給される排気ガスに洗浄水を噴射してＳＯＸとスートを除去して洗浄し、冷却水を循環させて排気ガスを冷却する洗浄部１３０と、洗浄部１３０を通過した排気ガスに吸収液を噴射してＣＯ２を吸収して除去するＣＯ２吸収部１４０と、過給機１２０によって圧縮された燃焼空気を一時貯蔵して脈動を除去し、船舶エンジン１０の各シリンダに給気する燃焼空気レシーバ１５０と、ＣＯ２吸収部１４０を通過した排気ガスを過給機１２０に供給して外気と混合させる排気ガス循環部１６０と、を含み、ＥＧＲとｉＣＥＲを結合させてＥＧＲによってＮＯＸ生成を減らしながらもＣＯ２とＳＯＸを吸収して環境に影響を与えない物質に転換することで、エンジンの腐食を防止し燃焼品質を向上させ、ｉＣＥＲによってエンジン効率を高めてメタンスリップを減らすことができる、船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置を開示する。【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＧＲとｉＣＥＲを結合させてＥＧＲによってＮＯＸ生成を減らしながらもＣＯ２とＳＯＸを吸収して環境に影響を与えない物質に転換することで、エンジンの腐食を防止し燃焼品質を向上させ、ｉＣＥＲによってエンジン効率を高めてメタンスリップを減らすことができる、船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置及び同装置を備えた船舶に関する。
近年、無分別な化石燃料使用による温室効果ガス排出の影響で地球温暖化現象とそれに関連する環境災害が発生している。
これにより、代表的な温室効果ガスである二酸化炭素を放出せず捕集して貯蔵することに関連する一連の技術がＣＣＳ（Ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ Ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅ）技術と呼ばれ最近非常に大きな注目を浴びているが、ＣＣＳ技術のうち化学吸収法（ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）は大規模処理が可能という面からその中でも最も多く商用化された技術である。
また、二酸化炭素排出規制はＩＭＯのＥＥＤＩによって規制するが、２０５０年には２００８年の排出量の５０％以上の低減を目標とし、２０３０年にも２００８年の排出量の４０％を低減しなければならず、ＣＯ２を排出しない、又は排出されたＣＯ２を捕集する技術が注目を浴びている。
前述した二酸化炭素の排出を低減、又は生成された二酸化炭素を捕集する技術は、船舶では商用化された事例がないというのが現状であり、水素やアンモニアを燃料として使用する方法も現在開発中で商業化の段階には至っていないのが現状である。
一方、船舶エンジンから排気される排気ガス内のＮＯＸを低減する方法として、排気ガスを洗浄して冷却した後、一部を外気と混合して混合ガスを船舶エンジンの吸入系統に再循環させるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）が適用されている。
しかし、ＥＧＲ単独ではＮＯＸの生成を低減しエンジン効率を高めるには限界があり、従来の化石燃料を使用して運航している、又は建造予定の船舶に対してＥＧＲを維持しながらＥＧＲの本来の目的であるＮＯＸ生成を減らしながらも代表的な温室効果ガスであるＣＯ２は無論、ＳＯＸを吸収して環境に影響を与えない物質に転換して排出したり、有用な物質に貯蔵することができ、船舶用デュアルフューエル（ＤＦ；Ｄｕａｌ Ｆｕｅｌ）エンジンで発生するメタンガススリップ排出量を画期的に減らして燃焼効率を向上させることができる技術を適用する必要性が提起される。
本発明の思想が成し遂げようとする技術的課題は、ＥＧＲとｉＣＥＲを結合させてＥＧＲによってＮＯＸ生成を減らしながらもＣＯ２とＳＯＸを吸収して環境に影響を与えない物質に転換することで、エンジンの腐食を防止し燃焼品質を向上させ、ｉＣＥＲによってエンジン効率を高めてメタンスリップを減らすことができる、船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置及び同装置を備えた船舶を提供することにある。
前述した目的を達成するために、本発明は、船舶エンジンの各シリンダから排気される排気ガスを一時貯蔵して脈動を除去する排気ガスレシーバと、前記排気ガスレシーバから供給される排気ガスによって燃焼空気を圧縮して供給する過給機と、前記過給機を通過して供給される排気ガスに洗浄水を噴射してＳＯＸとスートを除去して洗浄し、冷却水を循環させて排気ガスを冷却する洗浄部と、前記洗浄部を通過した排気ガスに吸収液を噴射してＣＯ２を吸収して除去するＣＯ２吸収部と、前記過給機によって圧縮された燃焼空気を一時貯蔵して脈動を除去し、前記船舶エンジンの各シリンダに給気する燃焼空気レシーバと、前記ＣＯ２吸収部を通過した排気ガスを前記過給機に供給して外気と混合させる排気ガス循環部と、を含む、船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置を提供する。
ここで、前記船舶エンジンは低圧２ストロークデュアルフューエルエンジン又は４ストロークデュアルフューエルエンジンであり得る。
また、前記過給機は、前記排気ガスレシーバから供給される高温高圧の排気ガスによって回転するタービンと、前記タービンの回転軸に結合されて回転して燃焼空気を圧縮して前記燃焼空気レシーバに供給する圧縮機と、前記圧縮機の吸入口側に形成され、前記ＣＯ２吸収部を通過してＣＯ２が除去された排気ガス及び外気から異物をフィルタリングして混合する空気吸入フィルタと、前記圧縮機から前記燃焼空気レシーバに供給される燃焼空気を冷却する燃焼空気冷却モジュールと、前記タービンから前記洗浄部への排気ガス流量を調節する第１調節弁と、前記タービンから排気ガスを利用する関連装置に供給される排気ガス流量を調節する第２調節弁と、で構成されることができる。
また、前記第２調節弁は、高負荷又は高温の排気ガスによって、前記タービンの排気ガスパイプに連結された前記排気ガスを利用する関連装置の損傷が予想される場合は、開閉を制御して前記洗浄部への排気ガス流量を増加させて排気ガスの温度を下げることができる。
また、前記燃焼空気冷却モジュールは、冷却水を循環させて燃焼空気を冷却する１段以上のクーリングジャケットと、屈曲する多板形で形成され前記クーリングジャケットを通過した燃焼空気の水分を除去するミストキャッチャを含むことができる。
また、前記洗浄部は、清水を供給されて循環する洗浄水を中和させて供給する洗浄水供給モジュールと、前記洗浄水供給モジュールからの洗浄水を前記過給機からの排気ガスに噴射して冷却し洗浄する洗浄モジュールと、冷却水を循環させて排気ガスを冷却する冷却モジュールと、洗浄水が前記洗浄モジュールを循環するようにする洗浄水循環モジュールと、洗浄水を水処理する水処理モジュールと、を含むことができる。
また、前記洗浄水供給モジュールは、清水を供給されて洗浄水を補充して前記洗浄モジュールに供給する洗浄水補充ポンプと、前記洗浄水補充ポンプから前記洗浄モジュールに供給されて循環する洗浄水にｐＨを調節するための中和剤を投入する中和剤供給弁を含み、前記洗浄モジュールは、洗浄水を噴射してＳＯＸとスートを除去して洗浄する１つ以上の洗浄ユニットを含み、前記冷却モジュールは、前記１つ以上の洗浄ユニットの下段に形成されて循環する冷却水によって前記吸収液の種類に応じて所定の温度に排気ガスを冷却する１つ以上の冷却ユニットを含み、前記洗浄水循環モジュールは、前記洗浄モジュールを通過した洗浄水を集水する洗浄水循環タンクと、前記洗浄水循環タンクからの洗浄水のｐＨを測定して前記中和剤供給弁を調節して中和剤投入量を設定するようにするｐＨメートルと、洗浄水初期水量を貯蔵し洗浄水を補充するバッファタンクと、前記洗浄モジュールを通過した一部の洗浄水は前記バッファタンクに供給し、残りの洗浄水は前記洗浄モジュールに循環させる洗浄水循環ポンプ及び洗浄水調節弁と、前記洗浄水循環ポンプの後段に設置されて循環する洗浄水を冷却する洗浄水冷却ユニットと、を含み、前記水処理モジュールは、前記バッファタンクから排水される洗浄水を水処理して水処理された洗浄水を前記バッファタンクに回帰させる水処理ユニットと、前記水処理ユニットによるスラッジを貯蔵するスラッジタンクと、前記水処理ユニットによって所定の排出条件を満足する洗浄水を船外排出する船外排出弁と、前記バッファタンクからの洗浄水を一時貯蔵する洗浄水ドレインタンクと、を含むことができる。
また、前記ＣＯ２吸収部は、前記吸収液を貯蔵する吸収液貯蔵タンクと、前記吸収液を噴射する１つ以上の噴射ノズルと、ＣＯ２と前記吸収液を接触させて化学反応によってＣＯ２を所定の物質に転換させる１つ以上の流路と、前記１つ以上の噴射ノズルに前記吸収液をポンピングする吸収液噴射ポンプと、前記１つ以上の流路に冷却水を循環させてＣＯ２吸収反応による発熱を冷却する冷却モジュールと、屈曲する多板形で前記流路の終端に形成されて前記流路を通過した排気ガスの水分を除去するミストキャッチャと、前記流路を通過した前記吸収液を分離貯蔵する吸収液タンクと、を含むことができる。
また、前記１つ以上の噴射ノズルは、前記吸収液を下向きに噴射する上段噴射ノズル及び下段噴射ノズルを含み、前記１つ以上の流路は、ＣＯ２と前記吸収液を接触させて化学反応によってＣＯ２を前記所定の物質に転換させる上段流路及び下段流路を含み、前記吸収液噴射ポンプは前記上段噴射ノズル及び前記下段噴射ノズルに前記吸収液をポンピングし、前記冷却モジュールは前記上段流路及び前記下段流路区間に冷却水を循環させてＣＯ２吸収反応による発熱を冷却できる。
また、前記上段流路又は前記下段流路は、前記吸収液と排気ガスの接触時間が増えるように複数の段と隔壁で構成されて流路を長く形成できる。
また、前記上段流路又は前記下段流路には、前記吸収液と排気ガスの接触時間が増えるように単位体積あたり接触面的が大きく設計された蒸留カラムパッキングが多段で構成された充填材と、多段で構成された前記蒸留カラムパッキングの間に溶液再分配器が形成され得る。
また、前記吸収液貯蔵タンクは前記吸収液としてＮＨ４ＯＨ（ａｑ）を貯蔵し、前記上段流路及び前記下段流路によってＮＨ４ＯＨ（ａｑ）によってＣＯ２を吸収してＮＨ４ＨＣＯ３（ａｑ）に転換させ、前記冷却モジュールは前記上段流路及び前記下段流路にクーリングジャケット又はクーリングコイルの形態で配置されてＣＯ２吸収反応による発熱を２０℃乃至５０℃に冷却できる。
また、前記吸収液貯蔵タンクは前記吸収液としてＮａＯＨ（ａｑ）を貯蔵し、前記上段流路及び前記下段流路によってＮａＯＨ（ａｑ）によってＣＯ２を吸収してＮａＨＣＯ３又はＮａ２ＣＯ３に転換させ、前記冷却モジュールはＣＯ２吸収反応による発熱を８０℃乃至１００℃に冷却できる。
また、前記流路を通 過して排出される前記所定の物質はスラッジタンクに貯蔵又は船外排出され得る。
また、前記排気ガス循環部は、前記空気吸入フィルタに供給される排気ガス流量を調節する第１弁と、前記排気ガスパイプを介して前記排気ガスを利用する関連装置に供給される排気ガス流量を調節する第２弁を含むことができる。
また、前記排気ガス循環部は、前記過給機に供給されて外気と混合される排気ガス及び前記排気ガスパイプに供給される排気ガスの流量をそれぞれ調節できる。
また、前記洗浄部、前記ＣＯ２吸収部、及び前記排気ガス循環部は前記船舶エンジン内部に装着される形態で構成されることができる。
一方、前述した目的を達成するために、本発明は、前述した船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置を備えた船舶を提供できる。
本発明によれば、ＥＧＲとｉＣＥＲを結合させてＥＧＲによってＮＯＸ生成を減らしながらもＣＯ２とＳＯＸを吸収して環境に影響を与えない物質に転換することで、エンジンの腐食を防止し燃焼品質を向上させ、ｉＣＥＲによってエンジン効率を高めてメタンスリップ（ｍｅｔｈａｎｅ ｓｌｉｐ）を減らすことができ、再循環する排気ガスからＳＯＸとＣＯ２を除去してエンジンの腐食を防止し環境汚染を減らすことができ、船舶エンジン内部に装着される形態で構成して設置空間を節約できるのでエンジンルームの余裕空間を確保することができ、従来のＥＧＲシステムが既に設置された船舶に追加設置が可能にして変更事項が少ないように構成できる効果がある。
本発明の実施例による船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置の概略的な構成を示した図である。 図１の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置を具現したシステム回路図を示した図である。 図２の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置の排気ガスレシーバ及び過給機を分離して示した図である。 図２の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置の洗浄部を分離して示した図である。 図２の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置のＣＯ２吸収部を分離して示した図である。 図２の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置の排気ガス循環部を分離して示した図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は、様々に異なる形態で具現されることができ、ここで説明する実施例に限定されない。
本発明の実施例による船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置は、船舶エンジン１０の各シリンダから排気される排気ガスを一時貯蔵して脈動を除去する排気ガスレシーバ１１０と、排気ガスレシーバ１１０から供給される排気ガスによって燃焼空気を圧縮して供給する過給機１２０と、過給機１２０を通過して供給される排気ガスに洗浄水を噴射してＳＯＸとスートを除去して洗浄し、冷却水を循環させて排気ガスを冷却する洗浄部１３０と、洗浄部１３０を通過した排気ガスに吸収液を噴射してＣＯ２を吸収して除去するＣＯ２吸収部１４０と、過給機１２０によって圧縮された燃焼空気を一時貯蔵して脈動を除去し、船舶エンジン１０の各シリンダに給気する燃焼空気レシーバ１５０と、ＣＯ２吸収部１４０を通過した排気ガスを過給機１２０に供給して外気と混合させる排気ガス循環部１６０と、を含み、ＥＧＲとｉＣＥＲを結合させてＥＧＲによってＮＯＸ生成を減らしながらもＣＯ２とＳＯＸを吸収して環境に影響を与えない物質に転換することで、エンジンの腐食を防止し燃焼品質を向上させ、ｉＣＥＲによってエンジン効率を高めてメタンスリップを減らすことを要旨とする。
以下、図１乃至図６を参照して、前述した構成の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置を詳述すると次のとおりである。
まず、排気ガスレシーバ１１０は、船舶エンジン１０の各シリンダから排気される排気ガスを一時貯蔵して脈動を除去する。
まず、排気ガスレシーバ（ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ ｒｅｃｅｉｖｅｒ）１１０は、図２及び図３に示すように、船舶エンジン１０の多数で構成された各シリンダ（図示せず）の燃焼室から燃焼後の排気行程によって排気ガス排出口から排気される高温高圧の排気ガスを一時貯蔵して排気ガスの脈動を除去し、調節弁の開閉を介して過給機１２０を経て洗浄部１３０又は廃熱回収装置などといった排気ガスを利用する関連装置（図示せず）に供給する。
例えば、船舶エンジン１０で各シリンダごとの点火順序が異なることから排気ガスの排出時点も異なり脈動が発生するが、排気ガスレシーバ１１０は排気ガス圧力の脈動除去に適した容量を具備し保温が可能なシリンダの形態で形成され、一側は燃焼室の排気ガス排出口と連結され他側は過給機１２０のタービン１２１入口側と連結される。
ここで、船舶エンジン１０はオットーサイクル（Ｏｔｔｏ ｃｙｃｌｅ）に従って５ｂａｒｇ乃至２０ｂａｒｇ範囲の燃焼ガス圧力で運転される低圧２ストロークデュアルフューエル（Ｄｕａｌ Ｆｕｅｌ）エンジンであり得る。低圧２ストロークデュアルフューエルエンジンはＮＯＸ排出量が少なく、ディーゼルのような燃料油を使用する場合にも短時間の燃料油運転によってＩＭＯ ＮＯＸ排出規制であるＴｉｅｒIIIを満たすことができ、高圧２ストロークデュアルフューエルエンジンに比べて燃焼ガス圧力が１／１０以下で、比較的安価なガス圧縮機を適用でき、ガス圧縮機の消耗電力が低くて運航費を低減できる。
一方、低圧２ストロークデュアルフューエルエンジンに限定されず、使用可能なボイルオフガスで補助電力を生産できる４ストロークデュアルフューエルエンジンが船舶エンジン１０に適用されることもできる。
次に、過給機（ｔｕｒｂｏ ｃｈａｒｇｅｒ）１２０は排気ガスレシーバ１１０から供給される排気ガスの高温高圧のエネルギーを利用して燃焼空気を圧縮し、燃焼空気レシーバ１５０に供給してエンジン効率を高める。
具体的には、過給機１２０は、図３に示すように、排気ガスレシーバ１１０から供給される高温高圧の排気ガスによって回転するタービン１２１と、タービン１２１の回転軸に結合されて回転して再循環された排気ガスと外気を混合した燃焼空気を圧縮して燃焼空気レシーバ１５０に供給する圧縮機１２２と、圧縮機１２２の吸入口側に形成され、ＣＯ２吸収部１４０を通過してＣＯ２が除去された排気ガス及び外気から異物をフィルタリングして混合する空気吸入フィルタ１２３と、圧縮機１２２から燃焼空気レシーバ１５０に供給される燃焼空気を冷却する燃焼空気冷却モジュール１２４と、タービン１２１から洗浄部１３０への排気ガス流量を調節する第１調節弁１２５と、タービン１２１から排気ガスを利用する関連装置に供給される排気ガス流量を調節する第２調節弁１２６と、で構成されることができる。
また、第２調節弁１２６は、高負荷又は高温の排気ガスによって、タービン１２１の排気ガスパイプに連結された排気ガスを利用する関連装置の損傷が予想される場合は、開閉を制御して洗浄部１３０への排気ガス流量を増加させて排気ガスの温度を下げることができる。
また、燃焼空気冷却モジュール１２４は、冷却水を循環させて燃焼空気を冷却する１段以上のクーリングジャケット（ｃｏｏｌｉｎｇ ｊａｃｋｅｔ）１２４ａと、屈曲する多板形で形成されクーリングジャケット１２４ａを通過した燃焼空気の水分を除去するミストキャッチャ１２４ｂを含み、圧縮機１２２による燃焼空気圧縮による温度上昇を抑制して過給機の効率を上げて空気密度を上げることで、船舶エンジン１０の効率を向上させることができる。
次に、洗浄部（ＥＧＲ）１３０は排気ガスの洗浄、冷却、及び中和を行う構成要素であって、過給機１２０を通過して供給される排気ガスに洗浄水を１次、２次と順を追って噴射して排気ガスに含まれたＳＯＸとスート（ｓｏｏｔ）を除去して洗浄し、冷却水を循環させて排気ガスを冷却してＣＯ２吸収部１４０に供給する。
ちなみに、船舶エンジン１０の燃焼室で燃焼空気に含まれた酸素の中の一部は燃料と燃焼してＣＯ２を生成し、残りはＮＯＸとＳＯＸを生成するが、洗浄部１３０は燃焼後ＣＯ２を多量に含む排気ガスを洗浄及び冷却して燃焼に必要な最小限のＯ２のみを船舶エンジン１０の燃焼室に供給して燃焼空気自体のＣＯ２濃度を上げＯ２の濃度を下げてＮＯＸの生成を抑制する。
具体的には、洗浄部１３０は、図４に示すように、清水を供給されて循環する洗浄水を中和させて供給する洗浄水供給モジュール１３１と、洗浄水供給モジュール１３１からの洗浄水を過給機１２０からの排気ガスに噴射して冷却し洗浄する洗浄モジュール１３２と、冷却水を循環させて排気ガスを冷却する冷却モジュール１３３と、洗浄水が洗浄モジュール１３２を循環するようにする洗浄水循環モジュール１３４と、洗浄水を水処理する水処理モジュール（ＷＴＳ；Ｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）１３５と、を含むことができる。
洗浄水供給モジュール１３１は、清水供給弁１３１ａの開放を介して清水を供給されて循環する洗浄水を補充して洗浄モジュール１３２に供給する洗浄水補充ポンプ１３１ｂと、洗浄水補充ポンプ１３１ｂから洗浄モジュール１３２に供給されて循環する洗浄水にｐＨを調節するための中和剤を投入する中和剤供給弁１３１ｃを含む。ここで、中和剤は洗浄水と排気ガスのＳＯＸの反応によって生成された硫酸を除去する塩基性中和剤であり得る。
洗浄モジュール１３２は、洗浄水を噴射してＳＯＸとスートを除去して洗浄する１つ以上の洗浄ユニットを含むが、洗浄水供給モジュール１３１又は洗浄水循環モジュール１３４から供給される洗浄水を排気ガスに１次噴射して（ｐｒｅ－ｓｐｒａｙ）高温の排気ガスを２００℃乃至３００℃に冷却してＳＯＸとスートなどのパーティクル成分を除去して洗浄する前段の第１洗浄ユニット１３２ａと、洗浄水を２次噴射して（ＥＧＲ ｃｏｏｌｅｒ ｓｐｒａｙ）排気ガスを４５℃前後に冷却してＳＯＸとスートなどのパーティクル成分を除去して洗浄する後段の第２洗浄ユニット１３２ｂで構成される。
冷却モジュール１３３は、１つ以上の洗浄ユニットの下段に形成されて循環する冷却水によって吸収液の種類に応じて所定の温度に排気ガスを冷却する１つ以上の冷却ユニットを含むが、第１洗浄ユニット１３２ａの下段に形成されて循環する冷却水によって、吸収液の種類に応じて、所定の温度に排気ガスを冷却する第１冷却ユニット１３３ａと、第２洗浄ユニット１３２ｂの下段に形成されて循環する冷却水によって、吸収液の種類に応じて、所定の温度に排気ガスを冷却する第２冷却ユニット１３３ｂで構成される。
洗浄水循環モジュール１３４は、洗浄モジュール１３２を通過した洗浄水を集水する洗浄水循環タンク１３４ａと、洗浄水循環タンク１３４ａからの洗浄水のｐＨを測定して中和剤供給弁１３１ｃを調節して中和剤投入量を設定するようにするｐＨメートル１３４ｂと、洗浄水初期水量を貯蔵し洗浄水を補充するバッファタンク１３４ｃと、洗浄モジュール１３２を通過した一部の洗浄水はバッファタンク１３４ｃに供給し、残りの洗浄水は洗浄モジュール１３２に循環させる洗浄水循環ポンプ１３４ｄ及び洗浄水調節弁１３４ｅと、洗浄水循環ポンプ１３４ｄの後段に設置されて循環する洗浄水を冷却する洗浄水冷却ユニット１３４ｆと、を含む。
ここで、ｐＨメートル１３４ｂは循環する洗浄水に含まれた硫酸によるｐＨを測定し、測定されたｐＨに応じて、中和剤供給弁１３１ｃによって塩基性中和剤、例えば、ＮａＯＨの投入量を調節して洗浄水を中和させて洗浄水が循環するパイプラインと関連する構成要素の腐食を防止させ、バッファタンク１３４ｃは排気ガスの燃焼によって付随的に発生した追加の水分を集水して除去し水処理モジュール１３５によって水処理されて浄化された洗浄水を貯蔵して補充することもできる。
一方、ＮＨ４ＯＨ（ａｑ）をＣＯ２吸収部１４０の吸収液として使用する場合は、洗浄モジュール１３２を通過する排気ガスの温度は２０℃乃至５０℃前後が適切でＮａＯＨをＣＯ２吸収部１４０の吸収液として使用する場合は、排気ガスの温度は８０℃乃至１００℃前後が適切で、使用する吸収液によって洗浄水の量と温度が異なり洗浄水による排気ガスの洗浄力を維持しながらＣＯ２吸収部１４０のＣＯ２吸収温度条件を満たすように洗浄モジュール１３２及び洗浄水冷却ユニット１３４ｆの組み合わせを異なるように構成でき、第１洗浄ユニット１３２ａと第２洗浄ユニット１３２ｂの熱交換器の仕様も異なるように構成できる。
水処理モジュール１３５は、バッファタンク１３４ｃから排水される洗浄水を水処理して水処理された洗浄水をバッファタンク１３４ｃに回帰させる水処理ユニット１３５ａと、水処理ユニット１３５ａによるスラッジを貯蔵するスラッジタンク１３５ｂと、水処理ユニット１３５ａによって所定の排出条件を満足する洗浄水を船外排出する船外排出弁１３５ｃと、バッファタンク１３４ｃからの洗浄水を一時貯蔵する洗浄水ドレインタンク１３５ｄと、を含み、洗浄水に含まれたスートなどの残滓を分離して貯蔵し分離された排出水を船外排出させる。
次に、ＣＯ２吸収部１４０は洗浄部１３０を通過した排気ガスに吸収液を噴射してＣＯ２を吸収して除去し、燃焼室に再循環される排気ガスのＯ２濃度を下げてＮＯＸ生成を抑制する。
具体的には、図２及び図５に示すように、ＣＯ２吸収部１４０は、化学反応によってＣＯ２を除去する吸収液を貯蔵する吸収液貯蔵タンク１４１と、吸収液を下向きに噴射する上段噴射ノズル１４２と、ＣＯ２と吸収液を物理的に接触させて化学反応によってＣＯ２をＮＨ４ＨＣＯ３、ＮａＨＣＯ３又はＮａ２ＣＯ３に転換させる上段流路１４３と、吸収液を下向きに噴射する下段噴射ノズル１４４と、ＣＯ２と吸収液を物理的に接触させて化学反応によってＣＯ２をＮＨ４ＨＣＯ３、ＮａＨＣＯ３又はＮａ２ＣＯ３に転換させる下段流路１４５と、上段噴射ノズル１４２及び下段噴射ノズル１４４に吸収液をポンピングする吸収液噴射ポンプ１４６と、上段流路１４３及び下段流路１４５区間に冷却水を循環させてＣＯ２吸収反応による発熱をそれぞれ冷却する冷却モジュール１４７と、屈曲する多板形で形成され下段流路１４５を通過した排気ガスの水分を除去するミストキャッチャ１４８と、上段流路１４３及び下段流路１４５を順に通過した吸収液を分離貯蔵する吸収液タンク１４９と、を含む。
ここで、吸収液は船内の別途設備によって製造されて直ちに供給されることもできるが、吸収液貯蔵タンク１４１に貯蔵された形態でポンピングされて供給されることもでき、上段噴射ノズル１４２及び下段噴射ノズル１４４は主配管に連結された多数の噴射孔が形成された多数の補助配管が設置された形態で構成されることができる。
一方、上段流路１４３又は下段流路１４５は、吸収液と排気ガスの接触時間が増えるように複数の段と隔壁で構成されて流路を長く形成し、吸収液によってＣＯ２を十分に吸収して溶解させるか、船外排出条件を満たす物質に転換させる。
また、上段流路１４３又は下段流路１４５には、吸収液と排気ガスの接触時間が増えるように単位体積あたり接触面的が大きく設計された蒸留カラムパッキング（ｄｉｓｔｉｌｌｉｎｇ ｃｏｌｕｍｎ ｐａｃｋｉｎｇ）が多段で構成された充填材１４３ａ，１４５ａと、多段で構成された蒸留カラムパッキングの間に溶液再分配器（図示せず）が形成され得る。
例えば、単位面積あたり接触面積と気体の圧力降下と氾濫速度を考慮して工程に適した蒸留カラムパッキングを選定でき、溶液再分配器によって清水のチャネリング（ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ）現象を防止させることができる。
一方、ＣＯ２を吸収する吸収液の選択によって、生成物と冷却方式が異なる場合があるが、すなわち、吸収液としてＮＨ４ＯＨ（ａｑ）を使用する場合は、吸収液貯蔵タンク１４１が吸収液としてＮＨ４ＯＨ（ａｑ）を貯蔵し、上段流路１４３及び下段流路１４５を通過するＮＨ４ＯＨ（ａｑ）によって下記化学式１又は化学式２によってＣＯ２を吸収してＮＨ４ＨＣＯ３（ａｑ）に転換させ、冷却モジュール１４７は上段流路１４３及び下段流路１４５にクーリングジャケット又はクーリングコイルの形態で配置されてＣＯ２吸収反応による発熱を２０℃乃至５０℃に冷却して、化学式１又は化学式２の円滑な正反応を誘導できる。
すなわち、２０℃に達しない場合はＣＯ２吸収率が減少し、５０℃を超過する場合はＣＯ２吸収率が増加する場合があるがＮＨ３が気化して消失される短所があり、２０℃乃至５０℃に維持することが好ましい。
Figure 2023531999000002
Figure 2023531999000003
又は、吸収液としてＮａＯＨを使用する場合は、吸収液貯蔵タンク１４１が吸収液としてＮａＯＨを貯蔵し、上段流路１４３及び下段流路１４５を通過するＮａＯＨによって、例えば、下記化学式３又は化学式４によってＣＯ２を吸収してＮａ２ＣＯ３又はＮａＨＣＯ３に転換させ、冷却モジュール１４７はＣＯ２吸収反応による発熱を８０℃乃至１００℃に冷却して、化学式３又は化学式４の円滑な正反応を誘導できる。
Figure 2023531999000004
Figure 2023531999000005
一方、上段流路１４３及び下段流路１４５を通過して吸収液タンク１４９に貯蔵された吸収液は再生処理又は廃棄処理され、ＣＯ２吸収部１４０から排出される排出物は弁調節によってスラッジタンク１３５ｂに貯蔵又は船外排出され得る。
次に、燃焼空気レシーバ（ｓｃａｖｅｎｇｅ ａｉｒ ｒｅｃｅｉｖｅｒ）１５０は、図３に示すように、ＣＯ２吸収部１４０を通過してＣＯ２が除去されＯ２濃度が低くなり、過給機１２０によって圧縮された燃焼空気を一時貯蔵して脈動を除去し、吸入ストロークで船舶エンジン１０の各シリンダに給気する。
例えば、各シリンダ別点火順序が異なるので燃焼空気の吸入時点も異なり脈動が発生するが、燃焼空気レシーバ１５０は燃焼空気圧力の脈動除去に適した容量を具備し保温が可能なシリンダの形態で形成され、一側は燃焼室の燃焼空気吸入口と連結され他側は過給機１２０の圧縮機１２２出口側と連結される。
次に、排気ガス循環部（ｉＣＥＲ；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｙ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ）１６０はＣＯ２吸収部１４０を通過した排気ガスを過給機１２０に供給して外気と混合させる。
すなわち、図６に示すように、排気ガス循環部１６０はＣＯ２吸収部１４０の下段流路１４５とミストキャッチャ１４８を通過した排気ガスを過給機１２０の空気吸入フィルタ１２３に供給する燃焼空気ラインであって、過給機１２０に供給されて外気と混合される排気ガス及び排気ガスパイプに供給される排気ガスの流量をそれぞれ調節できる。
例えば、第１弁１６１の開閉調節によって空気吸入フィルタ１２３に供給される排気ガス流量を調節し、第２弁１６２の開閉調節によって排気ガスパイプを介して排気ガスを利用する関連装置に供給される排気ガス流量を調節できる。
一方、排気ガス循環部１６０による排気ガスの再循環比率に比例してＮＯＸの減少量も増加するが、全体排気ガスの３０％乃至４０％程度が再循環されて船舶エンジン１０に供給されることができる。
これに、洗浄部１３０と排気ガス循環部１６０を結合してデュアルフューエルエンジンのオットーサイクルで発生するメタンスリップを減らし、燃焼空気でＯ２の代わりにＣＯ２の比率を高めてＣＯ２濃度を調節させることができる。
また、以上で述べた洗浄部１３０とＣＯ２吸収部１４０と排気ガス循環部１６０は船舶エンジン１０内部に装着される形態で構成され、エンジンルームの設置空間を節約でき、従来のＥＧＲシステムが既に設置された船舶に追加設置が可能にして変更事項が少ないように構成できる。
一方、本発明は、前述した船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置を備えた船舶を提供できる。
したがって、船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置及び同装置を備えた船舶によって、ＥＧＲとｉＣＥＲを結合させてＥＧＲによってＮＯＸ生成を減らしながらもＣＯ２とＳＯＸを吸収して環境に影響を与えない物質に転換することで、エンジンの腐食を防止し燃焼品質を向上させ、ｉＣＥＲによってエンジン効率を高めてメタンスリップ（ｍｅｔｈａｎｅ ｓｌｉｐ）を減らすことができ、再循環する排気ガスからＳＯＸとＣＯ２を除去してエンジンの腐食を防止し環境汚染を減らすことができ、船舶エンジン内部に装着される形態で構成して設置空間を節約できるのでエンジンルームの余裕空間を確保することができ、従来のＥＧＲシステムが既に設置された船舶に追加設置が可能にして変更事項が少ないように構成できる。
以上、本発明を図面に示す実施例を参照して説明した。しかし、本発明はこれに限定されず本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって本発明と均等な範囲に属する多様な変形例又は他の実施例が可能である。したがって、本発明の真正な保護範囲は下記の特許請求の範囲によって定められる。

Claims (18)

  1. 船舶エンジンの各シリンダから排気される排気ガスを一時貯蔵して脈動を除去する排気ガスレシーバと、
    前記排気ガスレシーバから供給される排気ガスによって燃焼空気を圧縮して供給する過給機と、
    前記過給機を通過して供給される排気ガスに洗浄水を噴射してＳＯＸとスートを除去して洗浄し、冷却水を循環させて排気ガスを冷却する洗浄部と、
    前記洗浄部を通過した排気ガスに吸収液を噴射してＣＯ２を吸収して除去するＣＯ２吸収部と、
    前記過給機によって圧縮された燃焼空気を一時貯蔵して脈動を除去し、前記船舶エンジンの各シリンダに給気する燃焼空気レシーバと、
    前記ＣＯ２吸収部を通過した排気ガスを前記過給機に供給して外気と混合させる排気ガス循環部と、を含む
    ことを特徴とする船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。
  2. 前記船舶エンジンは低圧２ストロークデュアルフューエルエンジン又は４ストロークデュアルフューエルエンジンである
    請求項１に記載の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。
  3. 前記過給機は、
    前記排気ガスレシーバから供給される高温高圧の排気ガスによって回転するタービンと、前記タービンの回転軸に結合されて回転して燃焼空気を圧縮して前記燃焼空気レシーバに供給する圧縮機と、前記圧縮機の吸入口側に形成され、前記ＣＯ２吸収部を通過してＣＯ２が除去された排気ガス及び外気から異物をフィルタリングして混合する空気吸入フィルタと、前記圧縮機から前記燃焼空気レシーバに供給される燃焼空気を冷却する燃焼空気冷却モジュールと、前記タービンから前記洗浄部への排気ガス流量を調節する第１調節弁と、前記タービンから排気ガスを利用する関連装置に供給される排気ガス流量を調節する第２調節弁と、で構成される
    請求項１に記載の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。
  4. 前記第２調節弁は、高負荷又は高温の排気ガスによって、前記タービンの排気ガスパイプに連結された前記排気ガスを利用する関連装置の損傷が予想される場合は、開閉を制御して前記洗浄部への排気ガス流量を増加させて排気ガスの温度を下げる
    請求項３に記載の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。
  5. 前記燃焼空気冷却モジュールは、冷却水を循環させて燃焼空気を冷却する１段以上のクーリングジャケットと、屈曲する多板形で形成され前記クーリングジャケットを通過した燃焼空気の水分を除去するミストキャッチャを含む
    請求項３に記載の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。
  6. 前記洗浄部は、
    清水を供給されて循環する洗浄水を中和させて供給する洗浄水供給モジュールと、前記洗浄水供給モジュールからの洗浄水を前記過給機からの排気ガスに噴射して冷却し洗浄する洗浄モジュールと、冷却水を循環させて排気ガスを冷却する冷却モジュールと、洗浄水が前記洗浄モジュールを循環するようにする洗浄水循環モジュールと、洗浄水を水処理する水処理モジュールと、を含む
    請求項１に記載の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。
  7. 前記洗浄水供給モジュールは、清水を供給されて洗浄水を補充して前記洗浄モジュールに供給する洗浄水補充ポンプと、前記洗浄水補充ポンプから前記洗浄モジュールに供給されて循環する洗浄水にｐＨを調節するための中和剤を投入する中和剤供給弁を含み、
    前記洗浄モジュールは、洗浄水を噴射してＳＯＸとスートを除去して洗浄する１つ以上の洗浄ユニットを含み、
    前記冷却モジュールは、前記１つ以上の洗浄ユニットの下段に形成されて循環する冷却水によって前記吸収液の種類に応じて所定の温度に排気ガスを冷却する１つ以上の冷却ユニットを含み、
    前記洗浄水循環モジュールは、前記洗浄モジュールを通過した洗浄水を集水する洗浄水循環タンクと、前記洗浄水循環タンクからの洗浄水のｐＨを測定して前記中和剤供給弁を調節して中和剤投入量を設定するようにするｐＨメートルと、洗浄水初期水量を貯蔵し洗浄水を補充するバッファタンクと、前記洗浄モジュールを通過した一部の洗浄水は前記バッファタンクに供給し、残りの洗浄水は前記洗浄モジュールに循環させる洗浄水循環ポンプ及び洗浄水調節弁と、前記洗浄水循環ポンプの後段に設置されて循環する洗浄水を冷却する洗浄水冷却ユニットと、を含み、
    前記水処理モジュールは、前記バッファタンクから排水される洗浄水を水処理して水処理された洗浄水を前記バッファタンクに回帰させる水処理ユニットと、前記水処理ユニットによるスラッジを貯蔵するスラッジタンクと、前記水処理ユニットによって所定の排出条件を満足する洗浄水を船外排出する船外排出弁と、前記バッファタンクからの洗浄水を一時貯蔵する洗浄水ドレインタンクと、を含む
    請求項６に記載の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。
  8. 前記ＣＯ２吸収部は、
    前記吸収液を貯蔵する吸収液貯蔵タンクと、前記吸収液を噴射する１つ以上の噴射ノズルと、ＣＯ２と前記吸収液を接触させて化学反応によってＣＯ２を所定の物質に転換させる１つ以上の流路と、前記１つ以上の噴射ノズルに前記吸収液をポンピングする吸収液噴射ポンプと、前記１つ以上の流路に冷却水を循環させてＣＯ２吸収反応による発熱を冷却する冷却モジュールと、屈曲する多板形で前記流路の終端に形成されて前記流路を通過した排気ガスの水分を除去するミストキャッチャと、前記流路を通過した前記吸収液を分離貯蔵する吸収液タンクと、を含む
    請求項１に記載の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。
  9. 前記１つ以上の噴射ノズルは、前記吸収液を下向きに噴射する上段噴射ノズル及び下段噴射ノズルを含み、
    前記１つ以上の流路は、ＣＯ２と前記吸収液を接触させて化学反応によってＣＯ２を前記所定の物質に転換させる上段流路及び下段流路を含み、
    前記吸収液噴射ポンプは前記上段噴射ノズル及び前記下段噴射ノズルに前記吸収液をポンピングし、
    前記冷却モジュールは前記上段流路及び前記下段流路区間に冷却水を循環させてＣＯ２吸収反応による発熱を冷却する
    請求項８に記載の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。
  10. 前記上段流路又は前記下段流路は、前記吸収液と排気ガスの接触時間が増えるように複数の段と隔壁で構成されて流路を長く形成する
    請求項９に記載の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。
  11. 前記上段流路又は前記下段流路には、前記吸収液と排気ガスの接触時間が増えるように単位体積あたり接触面的が大きく設計された蒸留カラムパッキングが多段で構成された充填材と、多段で構成された前記蒸留カラムパッキングの間に溶液再分配器が形成される
    請求項９に記載の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。
  12. 前記吸収液貯蔵タンクは前記吸収液としてＮＨ４ＯＨ（ａｑ）を貯蔵し、
    前記上段流路及び前記下段流路によってＮＨ４ＯＨ（ａｑ）によってＣＯ２を吸収してＮＨ４ＨＣＯ３（ａｑ）に転換させ、
    前記冷却モジュールは前記上段流路及び前記下段流路にクーリングジャケット又はクーリングコイルの形態で配置されてＣＯ２吸収反応による発熱を２０℃乃至５０℃に冷却する
    請求項９に記載の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。
  13. 前記吸収液貯蔵タンクは前記吸収液としてＮａＯＨ（ａｑ）を貯蔵し、
    前記上段流路及び前記下段流路によってＮａＯＨ（ａｑ）によってＣＯ２を吸収してＮａＨＣＯ３又はＮａ２ＣＯ３に転換させ、
    前記冷却モジュールはＣＯ２吸収反応による発熱を８０℃乃至１００℃に冷却する
    請求項９に記載の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。
  14. 前記流路を通過して排出される前記所定の物質はスラッジタンクに貯蔵又は船外排出される
    請求項８に記載の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。
  15. 前記排気ガス循環部は、
    前記空気吸入フィルタに供給される排気ガス流量を調節する第１弁と、
    前記排気ガスパイプを介して前記排気ガスを利用する関連装置に供給される排気ガス流量を調節する第２弁を含む
    請求項４に記載の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。
  16. 前記過給機に供給されて外気と混合される排気ガス及び前記排気ガスパイプに供給される排気ガスの流量をそれぞれ調節する
    請求項４に記載の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。
  17. 前記洗浄部と前記ＣＯ２吸収部と前記排気ガス循環部は前記船舶エンジン内部に装着される形態で構成される
    請求項１に記載の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置。
  18. 請求項１ないし１７のいずれかに記載の船舶のＥＧＲ及びｉＣＥＲを結合した温室効果ガス排出低減装置を備えた
    ことを特徴とする船舶。
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